本發(fā)明3D打印機技術領域，具體涉及一種機械臂式3D打印機。

背景技術：

3D打印技術是工業(yè)4.0的核心驅動力之一，通過電腦與3D打印機連接將原材料層層堆疊形成零件和產品的方法，以金屬或者塑料等粘合劑作為打印材料，以數字模型為基礎將繪制的圖紙逐層打印出模型的一種技術手段。同傳統減材制造方法相比，3D打印技術無需復雜的機械加工或模具，就能夠制造出任意復雜性狀的零件。

3D打印機，也稱三維立體打印機（3D Printer，簡稱3DP），是快速成型（Rapid Prototyping,RP）的一種工藝，采用層層堆積的方式分層制作出三維模型，其運行過程類似于傳統打印機，只不過傳統打印機是把墨水打印到紙上形成二維的平面圖紙，而三維打印機是把液態(tài)光敏樹脂材料、熔融的塑料絲、石膏粉等材料通過噴射粘接劑或擠出等方式實現層層堆積疊加形成三維實體。較之于重型機床加工的產品生產工藝，3D打印機具有可變性強、效率更快、節(jié)省材料，危險性減少等突出優(yōu)勢。因此，3D打印技術開始在機械制造、教育、醫(yī)療、藝術等各行各業(yè)逐步得到應用，3D打印機可以制造的產品包括飛機、汽車零部分、人體骨骼、人體器官等。未來的3D打印技術將與更多的行業(yè)進行結合，得到更為廣泛的實際應用。

市面上銷售的主流3D打印機，主要是通過電腦軟件來控制實現打印功能，常見的有噴墨式、熔融沉積式、激光燒潔式等成型制造方式。其中，以熔融沉積制造成型的方式應用最為廣泛。但是，這種成型方式無法打印出一些帶有懸空部位的零件，因而需要人為地在零件的懸空部位下方添加支撐結構，否則打印材料將懸在空中而無法沉積?？梢姡捎萌廴诔练e制造成型方式的3D打印機，普遍存在以下不足之處：首先，采用框架固定的龍門式結構，例在打印大型零件時需要體積龐大的3D打印機；其次，打印過程中需要添加的支撐結構，支撐結構作為物體模型的一部分被打印，結束后需要被人為剝除，這會對物體模型表面造成損傷，零件精度較差；再次，打印機的噴頭運動方向單一，噴頭僅為一個方向，擠出材料的端口與工作臺平行，靈活性差；最后，市面上銷售的大多數3D打印機的噴頭只有一個，打印的效率較低。

技術實現要素：

針對上述存在的不足，本發(fā)明提供了一種機械臂式3D打印機，無需支撐結構、伸縮靈活性強、打印精度高、產品體積小的優(yōu)點，實現工作效率明顯提升。為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種機械臂式3D打印機，包括機械傳動部分、零件工作臺部分、可擺動噴頭部分、滑動機構和底座：

機械傳動部分包括主動臂、從動臂、連桿機構、旋轉關節(jié)、曲柄、電機A、皮帶A、電機B、皮帶B和執(zhí)行末端座；所述主動臂后端與旋轉關節(jié)連接，前端與從動臂的后端連接；連桿機構位于主動臂和從動臂的上方，連桿機構的后端與曲柄的前端相連，連桿機構的前端與從動臂的前端與執(zhí)行末端座連接；所述電機A通過皮帶A驅動主動臂，所述電機B通過皮帶B驅動曲柄和連桿機構、從而帶動從動臂運動，實現機械臂的伸縮運動；電機C驅動旋轉關節(jié)，實現機械臂的旋轉運動。

滑動機構設置底座上，滑動機構與旋轉關節(jié)連接且?guī)有D關節(jié)做橫向或縱向直線運動。

零件打印工作臺部分包括工作臺、連接座和電機E；連接座的上端與電機E連接，連接座的下端與底座連接，電機E的電機軸與工作臺連接，電機E通過電機軸驅動工作臺，實現工作臺的旋轉運動。

可擺動噴頭部分包括舵機和噴頭，安裝在執(zhí)行末端座的下端；噴頭與舵機直連，通過舵機的驅動實現噴頭的旋轉運動；噴頭通過旋轉角度的調整，實現零件懸空部分的打印。

進一步的，所述滑動機構包括電機D、皮帶D、直線型軌道、滑動連接板和支柱，所述滑動連接板設在直線型軌道上，且與皮帶D連接，電機D通過皮帶D驅動與旋轉關節(jié)連接的滑動連接板，實現機械傳動部分的直線運動。

上述方案可見，本發(fā)明的機械臂式3D打印機通過采用機械臂式，無需設置復雜的滑動機構部分，結構簡單，產品體積較小，使用者可以方便地拆卸和攜帶3D打印機，而且也能方便地實現打印操作。

本發(fā)明的機械臂式3D打印機通過根據零件懸空部分的特征，自動調節(jié)打印噴頭的擺動角度，將零件的懸空部分轉化為非懸空部分進行打印，實現無需支撐結構也能打印零件的懸空部分，從而進一步提高打印零件的精度。

作為本發(fā)明進一步優(yōu)選，機械傳動部分至少為伸縮、旋轉和直線移動三個自由度。

由此可見，機械傳動部分采用機械臂式設計，整體結構緊湊，靈活性強，通過機械臂的伸縮、旋轉和直線移動可拓展零件的打印范圍，這樣就可以實現小結構大零件的打印。

作為本發(fā)明進一步優(yōu)選，機械傳動部分的數量不少于一個，可擺動噴頭部分的數量不少于一個。

由此可見，采用多于一個的機械傳動部分和多于一個的可擺動噴頭部分進行設計，機械傳動部分和可擺動部分的數量相同，每個機械臂帶動一個噴頭實現同時打印，從而大大提高了3D打印機的工作效率。

作為本發(fā)明進一步優(yōu)選，連接座呈U型。

綜上所述，本發(fā)明的一種機械臂式3D打印機由于采用了上述方案，產生的有益效果是：

（1）采用機械臂式設計，機械傳動部分至少為三個自由度，具有良好的旋轉自由度，結構靈活，可以打印小結構大尺寸的零件，從而很好地解決了3D打印機的體積龐大和打印零件的尺寸受限問題。

（2）本發(fā)明采用的可擺動噴頭部分，可根據零件的懸空部分的特征自動調節(jié)擺動角度，將懸空部分轉化為非懸空部分進行打印，實現在打印過程中不需要添加支撐結構，從而大大提高了打印零件的精度。

（3）本發(fā)明的可擺動噴頭部分采用舵機帶動噴頭實現旋轉運動，從而提高了打印噴頭的靈活性。

（4）本發(fā)明的底座配備的機械傳動部分不少于一個，能帶動一個以上的噴頭進行同時打印，從而很好地提高了3D打印的效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實例或現有技術中的技術方案，下面將對實施實例或現有技術描述中所需要的附圖做簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實例，對于本領域普通技術人員來說，在不付出創(chuàng)造性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的整機結構主視圖。

圖2為本發(fā)明的整機結構側視圖。

圖3為本發(fā)明的零件打印工作臺部分結構圖。

圖4為本發(fā)明的可擺動噴頭部分結構圖。

附圖中，1-主動臂；2-從動臂；3-連桿機構；4-旋轉關節(jié)；5-滑動機構；6-執(zhí)行末端座；7-電機A；8-皮帶A；9-電機B；10-皮帶B；11-曲柄；12-電機C；13-電機D；14-皮帶D；15-工作臺；16-連接底座；17-電機E；18-電機軸；19-底座；20-舵機；21-噴頭；22-直線型軌道；23-支柱；24-滑動連接板。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例擬對本發(fā)明作進一步說明，但不能理解是對本發(fā)明保護范圍的限制，該領域的技術人員根據上述本發(fā)明的內容對本發(fā)明作出的一些非本質的改進和調整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。

一種機械臂式3D打印機，包括機械傳動部分一套、零件工作臺部分一套、可擺動噴頭部分一套、滑動機構一套和底座一個：

如圖1和圖2，機械傳動部分包括主動臂1、從動臂2、連桿機構3、旋轉關節(jié)4、曲柄11、電機A 7、皮帶A 8、電機B 9、皮帶B 10和執(zhí)行末端座6；所述主動臂后端與旋轉關節(jié)連接，前端與從動臂的后端連接；連桿機構3位于主動臂1和從動臂2的上方，連桿機構3的后端與曲柄11的前端相連，連桿機構3的前端與從動臂的前端與執(zhí)行末端座連接；所述電機A 7通過皮帶A 8驅動主動臂1，所述電機B通過皮帶B驅動曲柄和連桿機構、從而帶動從動臂運動，實現機械臂的伸縮運動；電機C 12驅動旋轉關節(jié)4，實現機械臂的旋轉運動。機械傳動部分通過伸縮、旋轉和直線移動的三個自由度，可以實現小結構大零件的打印。

如圖2，滑動機構5位于底座19上，包括電機D 13、皮帶D 14、直線型軌道22、滑動連接板24和支柱23，所述滑動連接板24設在直線型軌道22上，且與皮帶D 14連接，電機D 13通過皮帶D 14驅動與旋轉關節(jié)4連接的滑動連接板24，滑動機構5與旋轉關節(jié)4連接且?guī)有D關節(jié)4做橫向或縱向直線運動，拓展零件的打印范圍。

如圖3，零件打印工作臺部分包括工作臺15、連接座16和電機E 17；連接座16的上端與電機E 17連接，連接座16的下端與底座19連接，電機E 17的電機軸18與工作臺15連接，電機E 17通過電機軸18驅動工作臺15，實現工作臺15的旋轉運動。在打印的過程中，通過工作臺的旋轉運動，以及機械傳動部分的伸縮、旋轉和直線移動，拓展零件的打印范圍。

如圖4，可擺動噴頭部分包括舵機20和噴頭21，安裝在執(zhí)行末端座6的下端；噴頭21與舵機20直連，通過舵機20的驅動實現噴頭21的旋轉運動；噴頭21通過旋轉角度的調整，實現零件懸空部分的打印。

機械傳動部分的伸縮、旋轉和直線移動、可擺動噴頭部分的旋轉和零件打印工作臺部分的旋轉，實現五軸運動的效果，從而使得打印機的整體結構具備良好的靈活性，不受打印零件的尺寸和結構限制。

作為本發(fā)明更加優(yōu)化的實施例，通常在一個底座的中央固定零件打印工作臺部分，圍繞著底座采取多個數量相同的機械傳動部分、滑動機構部分、可擺動噴頭部分和耗材供給系統，通過電腦程序操作對其分配不同的打印任務，對一個零件進行同時打印，通過多方位全角度的同時打印，進一步提高工作效率。

作為本發(fā)明更加優(yōu)化的的實施例，所需要的打印零件耗材為線條狀或面條狀，通過噴頭21的頂部進行連接，實現打印過程中耗材的供給。打印過程中需要的耗材可以通過商購獲得，也可以通過本領域常規(guī)方法制備得到。

以上所述僅為發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。